经颅光生物调节通过调节胶质细胞的极化和神经炎症来促进创伤性脑损伤的恢复：一项关于1064纳米发光二极管的研究

《Journal of Translational Medicine》：Transcranial photobiomodulation promotes traumatic brain injury recovery via modulating glial cell polarization and neuroinflammation: a study of 1064 nm light-emitting diodes

光生物调节（PBM）利用1064 nm近红外光改善创伤性脑损伤（TBI）小鼠的行为和神经修复，抑制焦虑、抑郁样行为及认知障碍，促进神经元存活、神经发生和突触重塑，并通过调节小胶质细胞和星形胶质细胞的抗炎表型实现脑屏障修复。

　　光生物调节（Photobiomodulation, PBM）是一种利用特定波长的光来改善组织功能的非侵入性疗法。在众多波长中，1064纳米的近红外光因其深部组织穿透能力而备受关注，被认为在治疗脑部疾病方面具有潜在价值。然而，尽管已有研究显示其在脊髓损伤和周围神经损伤中的神经保护作用，关于1064纳米光对创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury, TBI）后情绪和认知功能的调节作用仍缺乏深入探索。本研究通过建立小鼠TBI模型，系统评估了1064纳米LED光疗对情绪和认知功能的改善效果，并进一步探讨了其可能的分子机制。

在实验设计中，研究人员将C57BL/6N小鼠分为三组：假手术组（Sham）、TBI模型组和TBI联合1064纳米光疗组（TBI + PBM）。所有实验均在符合动物伦理规范的条件下进行。TBI模型通过控制皮层撞击法（Controlled Cortical Impact, CCI）构建，确保实验条件的可控性和可重复性。光疗治疗则在TBI诱导后开始，每日持续12分钟，功率密度为25 mW/cm2，共持续14天。这一治疗周期旨在评估光疗对脑损伤后恢复的长期影响。

为了评估情绪和认知功能的变化，研究团队采用了一系列行为学测试，包括开敞场测试（Open Field Test, OFT）、高架迷宫测试（Elevated Plus-Maze Test, EMPT）、尾悬测试（Tail Suspension Test, TST）和转棒测试（Rotarod Test, RT），以及Y型迷宫测试（Y-Maze Test）。这些测试不仅能够评估小鼠的焦虑样行为和抑郁样行为，还能检测其运动协调性和空间记忆能力。结果显示，接受1064纳米光疗的小鼠在多个行为测试中表现出显著改善，包括在开敞场测试中探索中心区域和开放区域的时间和距离增加，高架迷宫测试中选择开放臂的频率提高，尾悬测试中不动时间减少，以及转棒测试中平均跌落时间延长。这些行为学变化表明，1064纳米光疗在改善TBI小鼠的情绪障碍和认知功能方面具有显著效果。

在分子机制方面，研究团队通过转录组测序（RNA-Seq）、免疫荧光染色、定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）和Western blot等方法，全面分析了光疗对脑组织损伤、神经发生、突触重塑和炎症反应的影响。结果显示，1064纳米光疗能够显著抑制神经元凋亡，减少脑损伤区域的大小，并促进神经发生和突触重塑。同时，光疗还增强了血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）的完整性，通过上调紧密连接蛋白如ZO-1和Occludin，以及调节小胶质细胞和星形胶质细胞的极化状态，使其向抗炎表型转化。

进一步分析表明，1064纳米光疗在TBI小鼠的皮层和海马区显著下调了多个促炎信号通路，包括NOD样受体信号通路、NF-κB信号通路、TNF-α信号通路和IL-17信号通路。这些通路的抑制可能与减少神经炎症、促进神经修复和改善认知功能密切相关。例如，NF-κB作为炎症反应的关键调控因子，其活性被光疗显著抑制，同时增加了脑源性神经营养因子（BDNF）和M2型小胶质细胞标志物ARG1的表达。这表明光疗可能通过抑制NF-κB激活，促进M2型小胶质细胞的极化，从而增强突触可塑性和神经保护。

此外，研究还发现，1064纳米光疗能够有效抑制A1型神经毒性星形胶质细胞的激活，并促进其向A2型神经保护性表型转化。A1型星形胶质细胞的激活与促炎因子的释放有关，而A2型星形胶质细胞则表现出更强的神经支持能力。通过降低C3d的表达和增加S100A10的表达，光疗显著改变了星形胶质细胞的表型，为TBI后神经保护提供了新的分子机制支持。

值得注意的是，1064纳米光疗的深层穿透能力使其能够有效作用于皮层和海马等与认知和情绪密切相关的脑区。相比其他波长如810纳米，1064纳米光的散射和吸收较少，因此在相同治疗效果下可能需要更低的能量密度。这一特性不仅提高了治疗的安全性，还增强了其在长期治疗中的适用性。此外，光疗的非侵入性和低副作用使其成为一种有潜力的替代治疗手段，特别是在传统药物治疗存在局限的情况下。

研究结果还表明，1064纳米光疗能够通过调节神经胶质细胞的极化状态，改善TBI后的神经炎症反应。小胶质细胞和星形胶质细胞在TBI后往往表现出过度激活，导致促炎因子的释放和神经元损伤。而光疗通过促进这些细胞向抗炎表型转化，有效减轻了神经炎症，为神经修复提供了有利环境。同时，光疗还通过上调促神经发生和突触重塑相关基因的表达，如BDNF和VEGF，促进了神经系统的自我修复能力。

尽管研究结果令人鼓舞，但本研究仍存在一些局限性。首先，光疗的具体分子靶点尚未完全明确，未来的研究需要进一步探索其作用机制，以更精确地指导临床应用。其次，光疗的长期疗效和剂量效应仍有待深入研究。由于TBI后的恢复过程可能涉及复杂的分子和细胞机制，优化治疗参数对于提高治疗效果至关重要。

综上所述，本研究首次系统评估了1064纳米LED光疗在TBI小鼠模型中的治疗效果，并揭示了其在改善情绪障碍和认知功能方面的潜力。通过调控神经胶质细胞的极化状态和神经炎症反应，光疗为TBI的治疗提供了新的视角和方法。这些发现不仅为PBM在TBI管理中的应用提供了理论支持，也为未来探索更有效的光疗策略奠定了基础。随着对光生物调节机制的不断深入，1064纳米波长可能成为治疗TBI的重要工具，具有广阔的应用前景。